基本信息
日食的發生必須是滿月出現在黃白交點的一定界限之內,這個界限就叫做“食限”。如果新月在黃道和白道的交點附近18度左右的範圍內,就可能發生日食;如果新月在黃道和白道的交點附近16度左右的範圍內,則一定有日食發生。黃道、白道的交點有兩個,這兩個交點相距180度,故一年之中有兩段時間可能發生日食,這兩段時間都稱為“食季”,它們相距半年。太陽在黃道上每天向東移動約1度,由於日食的食限為18度左右的範圍,太陽從黃道和白道交點以西的18度運行到黃道和自道交點以東的18度,大約需要36天,也就是說日食的每一個食季為36天。
8月1號日全食日全食開始時間為台北時間18時20分左右。(UST:10:20)。這次日食的食分為1.039,全食最長持續時間為2分27秒,北美洲東北部、歐洲和亞洲部分地區可見,其中加拿大北部、格陵蘭、俄羅斯新西伯利亞、蒙古和中國的新疆維吾爾自治區、甘肅省、寧夏回族自治區、陝西省、山西省、河南省部分地區可見全食。在中國境內,考慮到太陽高度、地理和交通等綜合因素,甘肅省金昌市是一個較佳的觀測地點,月球本影中心將從金昌市市中心以北僅12千米處經過,可以獲得長度約1分45秒的日全食時間。
產生原因
日食是月球繞地球轉到太陽和地球中間時,如果太陽、月球、地球三者正好排成或接近一條直線,月球擋住了射到地球上去的太陽光,月球身後的黑影正好落到地球上,這時發生日食現象。在地球上月影里的人們開始看到陽光逐漸減弱,太陽面被圓的黑影遮住,天色轉暗,全部遮住時,天空中可以看到最亮的恆星和行星,幾分鐘後,從月球黑影邊緣逐漸露出陽光,開始生光、復圓。由於月球比地球小,只有在月影中的人們才能看到日食。月球把太陽全部擋住時發生日全食,遮住一部分時發生日偏食,遮住太陽中央部分發生日環食。發生日全食的延續時間不超過7分31秒。日環食的最長時間是12分24秒。法國的一位天文學家為了延遲觀測日全食的時間,他乘坐超音速飛機追趕月亮的影子,使觀測時間延長到了74分鐘。中國有世界上最古老的日食記錄,公元前一千多年已有確切的日食記錄。日食、月食是光在天體中沿直線傳播的典型例證。月亮運行到太陽和地球中間並不是每次都發生日食,發生日食需要滿足兩個條件。其一,日食總是發生在朔日(農曆初一)。也不是所有朔日必定發生日食,因為月球運行的軌道(白道)和太陽運行的軌道(黃道)並不在一個平面上。白道平面和黃道平面有5°9′的夾角。如果在朔日,太陽和月球都移到白道和黃道的交點附近,太陽離交點處有一定的角度(日食限),就能發生日食,這是要滿足的第二個條件。
由於月球、地球運行的軌道都不是正圓,日、月同地球之間的距離時近時遠,所以太陽光被月球遮蔽形成的影子,在地球上可分成本影、偽本影(月球距地球較遠時形成的)和半影。觀測者處於本影範圍內可看到日全食;在偽本影範圍內可看到日環食;而在半影範圍內只能看到日偏食。
日全食發生時,根據月球圓面同太陽圓面的位置關係,可分成五種食象:1.初虧。月球比太陽的視運動走得快。日食時月球追上太陽。月球東邊緣剛剛同太陽西邊緣相“接觸”時叫做初虧,是第一次“外切”,是日食的開始;2.食既。初虧後大約一小時,月球的東邊緣和太陽的東邊緣相“內切”的時刻叫做食既,是日全食的開始,這時月球把整個太陽都遮住了;3.食甚。是太陽被食最深的時刻,月球中心移到同太陽中心最近;4.生光。月球西邊緣和太陽西邊緣相“內切”的時刻叫生光,是日全食的結束;從食既到生光一般只有二三分鐘,最長不超過七分半鐘;5.復圓。生光後大約一小時,月球西邊緣和太陽東邊緣相“接觸”時叫做復圓,從這時起月球完全“脫離”太陽,日食結束。
月球表面有許多高山,月球邊緣是不整齊的。在食既或者生光到來的瞬間月球邊緣的山谷未能完全遮住太陽時,未遮住部分形成一個發光區,像一顆晶瑩的“鑽石”;周圍淡紅色的光圈構成鑽戒的“指環”,整體看來,很像一枚鑲嵌著璀璨寶石的鑽戒。有時形成許多特別明亮的光線或光點,好像在太陽周圍鑲嵌一串珍珠,稱作倍利珠(倍利是法國天文學家)。
無論是日偏食、日全食或日環食,時間都是很短的。在地球上能夠看到日食的地區也很有限,這是因為月球比較小,它的本影也比較小而短,因而本影在地球上掃過的範圍不廣,時間不長,由於月球本影的平均長度(373293公里)小於月球與地球之間的平均距離(384400公里),就整個地球而言,日環食發生的次數多於日全食。
日食時間
2008年8月1日台北時間下午7時前後,在中國西北的部分地區將發生壯觀的日全食天象。此次日食的全食帶從俄羅斯、蒙古國入境,途徑中國的新疆、甘肅、陝西、山西和河南部分地區,這是繼1980年和1997年之後在中國境內又一次有機會欣賞到壯麗的天文奇觀的機會。日全食應該是所有常規的天文現象中最能夠給身臨其境的觀測者以極大震撼的天象。每次日全食的發生,都會引起世界各國天文工作者和天文愛好者的強烈關注。本次日食發生的時間正值北京奧運會開運會開幕的前夕,國外有的網站將這次日全食命名為“中國奧運日全食”。
以下列出這次日全食可見的城市的食分及食甚時間。
2008年8月1日 中國各城市可見日食時間表
城市 初虧 Alt 食既 食甚 Alt 生光 復圓 Alt 食分 全食長(秒)
阿勒泰 17h7m56s 36 18h59m25s 19h00m09s 25 19h00m53s 19h58m02s 16 1.037 88.1 新疆
富蘊 18h00m07s 35 19h00m58s 19h01m52s 24 19h02m46s 19h59m18s 14 1.037 108.1
青河 18h01m12s 34 19h01m36s 19h02m37s 23 19h03m38s 19h59m45s 14 1.036 122
巴里坤 18h08m11s 31 19h07m52s 19h08m28s 20 19h09m03s 20h04m26s 10 1.035 71.5
伊吾 18h09m22s 30 19h08m06s 19h09m04s 19 19h10m02s 20h04m33s 9 1.035 115.9
山丹 18h18m53s 24 19h15m38s 19h16m14s 13 19h16m49s 20h09m35s 3 1.033 71.0 甘 肅
天祝 18h21m54s 21 19h17m42s 19h18m12s 10 19h18m41s 20h10m40s 0 1.032 59.0
古浪 18h21m35s 21 19h17m15s 19h17m54s 10 19h18m33s 20h10m23s 0 1.032 78.1
平涼 18h24m54s 17 19h19m15s 19h19m49s 6 19h20m23s - - - - 1.031 67.8
民勤 18h19m34s 21 19h15m12s 19h16m00s 11 19h16m48s 20h08m38s 1 1.032 96.2
民樂 18h19m37s 23 19h16m06s 19h16m42s 12 19h17m18s 20h09m50s 2 1.033 72.2
永昌 18h20m06s 22 19h16m02s 19h16m50s 11 19h17m38s 20h09m40s 1 1.033 95.9
寧縣 18h25m25s 16 19h19m14s 19h19m55s 5 19h20m35s - - - - 1.031 81.2
合水 18h24m23s 16 19h18m10s 19h18m58s 5 19h19m46s - - - - 1.031 95.7
莊寧 18h24m52s 16 19h18m29s 19h19m17s 5 19h20m04s - - - - 1.031 95.3
武威 18h20m41s 22 19h16m21s 19h17m10s 11 19h17m58s 20h09m48s 1 1.032 97.6
金塔 18h16m34s 25 19h13m39s 19h14m29s 14 19h15m18s 20h08m20s 4 1.034 98.8
酒泉 18h16m57s 26 19h14m26s 19h14m57s 14 19h15m28s 20h08m52s 4 1.034 61.6
高台 18h18m13s 24 19h15m02s 19h15m43s 13 19h16m25s 20h09m13s 3 1.033 83.0
崇信 18h25m17s 17 19h19m33s 19h20m03s 6 19h20m33s - - - - 1.031 59.5
景泰 18h22m09s 20 19h17m18s 19h18m05s 9 19h18m52s 20h10m15s -1 1.032 93.9
靖遠 18h23m11s 19 19h18m10s 19h18m50s 8 19h19m29s - - - - 1.032 79.1
臨澤 18h18m16s 24 19h14m53s 19h15m40s 13 19h16m27s 20h09m05s 3 1.033 94.0
華池 18h23m22s 17 19h17m26s 19h18m03s 6 19h18m40s - - - - 1.031 74.5
慶陽 18h24m02s 16 19h17m54s 19h18m41s 6 19h19m28s - - - - 1.031 93.9
張掖 18h18m41s 24 19h15m12s 19h15m58s 13 19h16m44s 20h09m17s 3 1.033 91.7
涇川 18h25m13s 16 19h19m16s 19h19m53s 6 19h20m31s - - - - 1.031 75.6
靈台 18h25m33s 16 19h19m34s 19h20m07s 5 19h20m40s - - - - 1.031 66.3
環縣 18h23m10s 17 19h17m21s 19h18m04s 6 19h18m46s - - - - 1.031 85.5
鎮原 18h24m35s 17 19h18m37s 19h19m22s 6 19h20m08s - - - - 1.031 91.5
肅南 18h18m40s 24 19h16m01s 19h16m12s 13 19h16m23s 20h09m43s 3 1.033 21.9
嘉峪關 18h16m43s 26 19h14m22s 19h14m49s 15 19h15m15s 20h08m48s 5 1.034 53.0
白銀 18h23m10s 20 19h18m31s 19h18m58s 9 19h19m24s - - - - 1.032 53.0
中寧 18h21m39s 19 19h16m28s 19h17m10s 8 19h17m51s - - - - 1.032 83.0 寧夏
中衛 18h21m35s 19 19h16m28s 19h17m14s 8 19h18m01s - - - - 1.032 93.0
同心 18h22m30s 18 19h17m03s 19h17m51s 8 19h18m40s - - - - 1.032 96.3
西吉 18h24m09s 18 19h18m50s 19h19m25s 7 19h20m00s - - - - 1.031 69.5
固原 18h24m05s 18 19h18m27s 19h19m12s 7 19h19m56s - - - - 1.031 88.2
海原 18h23m11s 18 19h17m45s 19h18m33s 8 19h19m22s - - - - 1.032 97.0
隆德 18h24m43s 18 19h19m22s 19h19m48s 7 19h20m14s - - - - 1.031 52.1
涇源 18h24m55s 17 19h19m32s 19h19m54s 6 19h20m19s - - - - 1.031 47.2
彭陽 18h24m21s 17 19h18m36s 19h19m19s 6 19h20m03s - - - - 1.031 87.0
洛川 18h24m23s 15 19h17m55s 19h18m34s 4 19h19m13s - - - - 1.031 77.6 陝 西
韓城 18h24m45s 14 19h18m04s 19h18m37s 4 19h19m10s - - - - 1.030 66.6
宜君 18h24m56s 15 19h18m22s 19h19m09s 4 19h19m55s - - - - 1.031 93.5
合陽 18h25m09s 14 19h18m20s 19h19m03s 4 19h19m46s - - - - 1.030 86.5
長武 18h25m20s 16 19h19m13s 19h19m53s 5 19h20m33s - - - - 1.031 79.8
白水 18h25m17s 15 19h18m33s 19h19m20s 4 19h20m06s - - - - 1.030 93.3
澄城 18h25m14s 14 19h18m26s 19h19m11s 4 19h19m56s - - - - 1.030 90.4
銅川 18h25m28s 15 19h18m51s 19h19m38s 4 19h20m24s - - - - 1.031 93.0
蒲城 18h25m37s 15 19h18m51s 19h19m38s 4 19h20m24s - - - - 1.030 93.2
旬邑 18h25m27s 16 19h19m07s 19h19m50s 5 19h20m33s - - - - 1.031 86.0
耀縣 18h25m46s 15 19h19m12s 19h19m56s 4 19h20m39s - - - - 1.031 87.1
淳化 18h25m57s 15 19h19m36s 19h20m13s 4 19h20m49s - - - - 1.031 73.1
大荔 18h25m49s 14 19h18m56s 19h19m43s 3 19h20m29s - - - - 1.030 92.7
富平 18h25m59s 15 19h19m23s 19h20m05s 4 19h20m46s - - - - 1.030 83.8
永壽 18h26m08s 16 19h20m09s 19h20m30s 5 19h20m51s - - - - 1.031 42.2
三原 18h26m13s 15 19h19m46s 19h20m21s 4 19h20m56s - - - - 1.030 69.6
華陰 18h26m11s 14 19h19m15s 19h20m00s 3 19h20m45s - - - - 1.030 89.2
高陵 18h26m19s 15 19h19m49s 19h20m24s 4 19h20m58s - - - - 1.030 69.0
華縣 18h26m11s 13 19h19m03s 19h19m49s 3 19h20m35s - - - - 1.030 91.8
渭南 18h26m20s 14 19h19m39s 19h20m18s 4 19h20m57s - - - - 1.030 77.7
臨潼 18h26m35s 15 19h20m07s 19h20m36s 4 19h21m04s - - - - 1.030 56.7
藍田 18h26m54s 14 19h20m38s 19h20m51s 4 19h21m04s - - - - 1.030 25.8
鹹陽 18h21m35s 21 19h17m15s 19h17m54s 10 19h18m33s - - - - 1.032 78.1
彬縣 25m36s 16 19h19m25s 19g20n03s 5 19h20m41s - - - - 1.031 75.8
富縣 18h24m00s 15 19h17m44s 19h18m14s 5 19h18m45s - - - - 1.031 60.7
黃陵 18h24m39s 15 19h18m07s 19h18m51s 4 19h19m35s - - - - 1.031 87.9
禮泉 18h26m27s 15 19h20m33s 19h20m42s 4 19h20m51s - - - - 1.031 17.2
運城 18h21m35s 21 19h17m15s 19h17m54s 10 19h18m33s - - - - 1.032 78.1山 西
永濟 18h21m35s 21 19h17m15s 19h17m54s 10 19h18m33s - - - - 1.032 78.1
芮城 18h21m35s 21 19h17m15s 19h17m54s 10 19h18m33s - - - - 1.032 78.1
河津 18h24m34s 14 19h18m01s 19h18m22s 3 19h18m43s - - - - 1.030 41.5
垣曲 18h24m54s 13 19h18m16s 19h18m25s 3 19h18m34s - - - - 1.030 17.3
聞喜 18h24m50s 13 19h18m08s 19h18m29a 3 19h18m50s 1.030 42.5
三門峽 18h25m47s 13 19h18m37s 19h19m20s 3 19h20m04s - - - - 1.030 87.2 河 南
靈寶 18h26m12s 13 19h19m02s 19h19m48s 3 19h20m34s - - - - 1.030 91.8
洛陽 18h25m43s 12 19h18m24s 19h18m56s 2 19h19m28s - - - - 1.030 63.7
登封 18h26m00s 12 19h18m29s 19h19m01s 1 19h19m34s - - - - 1.030 65.2
洛寧 18h26m04s 13 19h18m42s 19h19m25s 2 19h20m08s - - - - 1.030 86.0
南召 18h27m34s 12 19h19m57s 19h20m36s 1 19h21m14s - - - - 1.029 77.2
1、食甚:當月輪的中心和日輪的中心相距最近的時刻。
2、食分:太陽被食的程度。它是以太陽的視直徑,就是太陽看上去的大小為1來計算的。例如食分為0.5,就是說太陽的視直徑被月亮遮去了一半。由於日偏食和日環食都不可能把太陽全遮住,因此,它們的食分都小於1。而日全食時,月亮的視直徑大於或等於太陽的視直徑,因此日全食的食分大於或等於1。
發生現象
發生日全食時,光線穿過樹葉的縫隙投影出新月的影子。發生日全食時,動物常常準備睡覺,或行為異常。發生日全食時,當地的溫度通常會下降至少20度以上。當99%的太陽表面被覆蓋時,能看到的晨昏蒙影現象。在日全食期間,地平線的周圍會有一個窄的光帶,這是因為觀察者並不是直接站在月亮的影子下面,地球和月亮有一定的距離。在現代的原子鐘出現之前,天文學家通過對日食的古代記錄進行研究,發現地球鏇轉的周期每個世紀變慢了0.001秒。日食過程:一次日全食的過程可以包括以下五個時期:初虧、食既、食甚、生光、復圓。
初虧:由於月亮自西向東繞地球運轉,所以日食總是在太陽圓面的西邊緣開始的。當月亮的東邊緣剛接觸到太陽圓面的瞬間(即月面的東邊緣與月面的西邊緣相外切的時刻),稱為初虧。初虧也就是日食過程開始的時刻。
食既:從初虧開始,就是偏食階段了。月亮繼續往東運行,太陽圓面被月亮遮掩的部分逐漸增大,陽光的強度與熱度顯著下降。當月面的東邊緣與日面的東邊緣相內切時,稱為食既。此時整個太陽圓面被遮住,因此,食既也就是日全食開始的時刻。
食甚:食既以後,月輪繼續東移,當月輪中心和日面中心相距最近時,就達到食甚。
生光:對日偏食來說,食甚是太陽被月亮遮去最多的時刻。月亮繼續往東移動,當月面的西邊緣和日面的西邊緣相內切的瞬間,稱為生光,它是日全食結束的時刻。在生光將發生之前,鑽石環、倍利珠的現象又會出現在太陽的西邊緣,但也是很快就會消失。接著在太陽西邊緣又射出一線刺眼的光芒,原來在日全食時可以看到的色球層、日珥、日冕等現象迅即隱沒在陽光之中,星星也消失了,陽光重新普照大地。
復圓:生光之後,月面繼續移離日面,太陽被遮蔽的部分逐漸減少,當月面的西邊緣與日面的東邊緣相切的剎那,稱為復圓。這時太陽又呈現出圓盤形狀,整個日全食過程就宣告結束了。
周期反應
地球繞太陽、月亮繞地球的運動有一定的規律,因此日食的發生也具有周期性。古代的巴比倫人根據對日食的長期統計,發現日食的發生有一個223個朔望月的周期。這個223個朔望月的周期被稱為“沙羅周期”,“沙羅”是重複的意思。
223個朔望月等於6585.3天(223×29.530588),即18年零11.3天,如果在這段時間內有5個閏年,那就是18年零10.3天。在這段時間內,太陽、月亮和黃白交點的相對位置在經常改變著,經過一個沙羅周期之後,太陽、月亮和黃白交點差不多又回到原來相對的位置,因此便會出現同上一次情況相類似的日食,但見食的地點會有所變化。
準確的日食發生的時間以及交食情況,要經過嚴格的推算。中國紫金山天文台擔負著日食預報的工作。
[注]朔望月:從朔到下一個朔的時間間隔,簡單理解,是兩個月圓之間夜的時間間隔。並不是月球繞地球公轉的周期,這兩個周期有一點不一樣。
發生日全食時,光線穿過樹葉的縫隙投影出新月的影子。
發生日全食時,動物常常準備睡覺,或行為異常。
發生日全食時,當地的溫度通常會下降至少20度以上。
當99%的太陽表面被覆蓋時,能看到的晨昏蒙影現象。
在日全食期間,地平線的周圍會有一個窄的光帶,這是因為觀察者並不是直接站在月亮的影子下面,地球和月亮有一定的距離。在現代的原子鐘出現之前,天文學家通過對日食的古代記錄進行研究,發現地球鏇轉的周期每個世紀變慢了0.001秒。
觀測預報
在日食的預報中,常常還可以看到“食分”這樣一個詞,它是用來表示日食的程度。對於日食而言,食分並不表示太陽圓面被遮俺的面積,而是表示日面直徑的被遮部分與太陽直徑的比值。以太陽的直徑作為1,如果食分為0.5,這就表示太陽的直徑被遮去了一半;如果食分為1,那就是太陽的整個圓面被遮住,那就是日全食。很顯然,食分越大,日面被遮掩的程度就越大。日偏食的食分是小於1.0的,日全食的食分是1.0。 食帶月影掃過的地方。日食的時間長短,同月球影錐在地面上移動的速度以及地球的自轉方向有關。以日全食來說,由於月球的視直徑僅略大於太陽,同時月影在地面移動速度很快,因此日全食的時間是很短暫的。在全食帶的某個地點所看到的日全食時間通常只有兩三分鐘,最多不超過7分鐘。如果全食帶經過赤道附近地區,日全食時間就可延續到7分40秒,這時是觀測日全食的最好機會。
在發生日環食時,月亮總是位於遠地點附近,這時月亮運行的速度較慢,因此日環食的時間比較長,如果日環食發生在赤道附近,那么在赤道附近觀測日環食的時間可長達12分42秒。 就全球範圍來說,如果把月亮半影開始遮掩日面的時間計算在內,日食時間的長度由初虧至復圓的整個過程可長達三個半小時。日偏食的時候,由於月影範圍大於其本影,食相經過的時間長短要視食分的大小而定,食分愈大,時間也就愈長。 由於月亮的影錐又細又長,所以當它落到地球表面時,所占的面積很小,至多不會超過地球總面積的萬分之一,它的直徑最大也只有二百六十多千米。當月球繞地球轉動時,影錐就在地面上自西向東掃過一段比較長的地帶,在月影掃過的地帶,就都可以看見日食。所以這條帶就叫做“日食帶”。帶內發生日全食的,就叫全食帶;帶內發生日環食的,就叫環食帶。可以看到偏食的範圍很廣闊,已經不像一條帶子,而是很大的一片地區。
全食帶是一條寬度不過二三百千米,長約數千到10000千米的狹窄路徑(有時全食帶的寬度甚至只有幾千米),只有在全食帶掃過的地區才能看見日全食或日環食的發生。全食帶的兩旁是較廣闊的半影掃過的地區,在這些地區內可見偏食。離全食帶愈近的偏食區,所見偏食程度愈大;離帶愈遠,可見偏食程度愈小;半影區以外的地方是看不見日食的。由於月球是由西向東運行,所以它的影子也是沿同一方向運行,因此各地看到日食的時間是不同的。當地面上的西部地區已經處在黑影區域內,這一地區的人已經看到日食時,東部地區的人卻不能同時看到日食,得在月影向東移來後才能看到日食。所以,西部地區的人總是比東部地區的人先看到日食。
日食每年都有發生,但由於全食帶是一條狹窄的影帶,據估計,平均每200~300年,某一地區或城市才有機會被全食帶掃過,所以,對住在一個城市的人來說,一生可能未看到過一次日全食。